JPH0658111B2 - 可変容量型油圧ポンプの吐出量制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、エンジンで駆動されてアクチュエータに圧油
を供給する可変容量型油圧ポンプの吸収トルクを制御す
る装置に関するものである。

従来の技術 可変容量型油圧ポンプ（以下、可変ポンプという）は、
従来から、ポンプの吐出圧力が、ある設定値を越える
と、ポンプ吐出容量（ポンプ１回転当りの吐出量）が減
少し、ポンプ吸収トルクが略一定とななるように制御し
て、低負荷時すなわち低圧時はポンプ吐出容量を大きく
し、ポンプ吐出流量（＝ポンプ吐出容量×回転数）を増
大させ、アクチュエータ速度を速くできるようにして、
エンジン出力の有効利用を画っていた。この制御は、ポ
ンプ吐出圧力と、バネ力を対抗させると共にバネ力を折
線特性となるようにしてたとえば第１０図の（Ａ）に例
示するようにポンプ吸収トルクが略一定値となるように
していた。

この様な、制御装置を搭載した油圧機器（たとえば、油
圧ショベル）には、以下のような問題があるため、可変
ポンプの吸収トルクの設定値をエンジンの定格トルクに
一致させることができず、エンジンの定格トルクより低
い値、ひ例えば８５％、に設定せざるをえなかった。

(1) このような油圧機器を高地で稼動させた場合、高
地では空気密度がうすくなるため、エンジン出力トルク
が低下してしまい、可変ポンプの吸収トルク設定値を、
エンジンの（平地での）定格トルクに一致させたので
は、高地でオーバトルクとなり、エンジン回転速度の低
下量が大きくなる、あるいは、エンストしてしまうとい
う事態が発生した。

(2) また、このような油圧機械のエンジンの燃料は通
常、軽油を使用するが、燃料として灯油が使われた場
合、同様にエンジン出力トルクが低下してしまうので、
可変ポンプの吸収トルクの設定値をエンジンの定格トル
クに一致させたのではエンジン回転速度の低下量が大き
くなる、あるいはエンストしてしまうという事態が発生
した。

この関係を第９図に示す。第９図において、可変ポンプ
が制御状態（すなわち、第１０図において、折線特性の
領域、この制御状態をＰＣカーブとよぶことにする）に
あるときは、可変ポンプの吸収トルクは、ポンプ吐出圧
力によりきまり、回転速度には、関係しないので、可変
ポンプの吸収トルク特性は、第９図において、横軸に平
行となり、この値が、エンジン定格トルクの例えば８５
％に設定されていた。

すなわち、エンジンの出力を１００％有効に利用できな
いという問題があった。このため、従来技術において、
そのような外部条件の変化があっても、エンジン出力を
１００％吸収可能とした可変ポンプの吸収トルク制御装
置が提案されている。（たとえば、特開昭５８−８８４
８０号公報、特開昭５７−１７３５３３号公報）。

特開昭５８−８８４８０号公報においては、エンジン出
力を１００％、可変ポンプに吸収させるため、エンジン
の目標回転速度と、実回転速度との偏差に応じて可変ポ
ンプの吐出容量を制御する、いわゆるエンジンスピード
センシングによる可変ポンプの吸収トルク制御方法の改
善が提案されている。すなわち、エンジンスピードセン
ジングによる制御のみで慣性の大きなエンジンの回転速
度低下を検出して可変ポンプの吐出容量を制御したので
は検出の遅れのため、制御系にハンチングを生じること
がある。そこで、エンジンスピードセンシングと、ポン
プ吐出圧力により可変ポンプ吐出容量を制御する、いわ
ゆるＰＣ制御とを併用して、ポンプ吐出圧力の上昇によ
り、可変ポンプの吐出容量をまず減少させ、目標トルク
（つまり、エンジンの目標回転速度）との差の分を、エ
ンジンスピードセンシングにより補正して、検出おくれ
の改善を計り、エンジン出力を１００％可変ポンプに吸
収させようとするものである。

また、特開昭５７−１７３５３３号公報には、２つの可
変ポンプの吸収トルクの配分を、かえる技術が開示され
ている。このような油圧機械においては、複数のアクチ
ュエータを有するのが通常であり、複数のアクチュエー
タの負荷干渉を防止して複合操作性をよくするため２つ
の可変ポンプを有することも通常である。この場合にお
いて、２つの可変ポンプの吸収トルクの配分を変えるこ
とにより、２つの可変ポンプにエンジン出力を１００％
吸収させるとともに、１つの可変ポンプの吸収トルク
を、他の可変ポンプの吸収トルクより大きくして、吸収
トルク大の側のポンプ吐出流量を多くしてアクチュエー
タ速度のアップを計り、作業量を向上させることが考え
られる。前記特開昭５７−１７３５３３号公報には、エ
ンジン目標回転速度と実回転速度との回転速度偏差に応
じて、可変ポンプの吐出容量と、エンジン噴射ポンプの
ラック位置を調整する制御を行うエンジン−ポンプ制御
系において、可変ポンプの吐出容量を制御する電気油圧
変換弁への指令信号を比例乗数設定器を通すことによ
り、変更可能として２つの可変ポンプで吸収トルクを、
それぞれ異なる値にできるようにしている。

発明が解決しようとする問題点 以上述べたように、従来の技術の改善は、いかにエンジ
ンの出力を有効にとり出して可変ポンプに吸収させてア
クチュエータに伝え、油圧機械の作業量を増加するかに
主眼がおかれていた。

一方、このよう油圧機械は作業内容が多種で、作業によ
っては、やわらかい表土を剥ぐ整正作業など軽負荷の作
業もあり、これらの作業の場合、運転者は、燃料消費量
が少ないことを希望する。しかし、軽負荷ということ
で、エンジンの燃料噴射ポンプのコントロールレバーを
絞って、エンジン回転速度を低くなるよう設定すると、
回転速度が下がった分だけ燃料消費量は、低減するが、
回転速度が下がった分だけポンプ吐出流量も低下し、第
１０図（Ｂ）のようになってしまうので、このような作
業におけるアクチュエータの定常速度が低下してしま
い、作業能率が低下するという問題があった。

一方、コントロールレバーをフル位置に設定して作業を
すると、整正作業などの場合のアクチュエータの定常速
度は確保されるが、油圧機械の作業装置は、慣性が大き
いので、起動開始時は、大きな慣性を加速する必要があ
り、高圧が立ってしまうため、可変ポンプは大きなトル
クを吸収してしまい、結果的に燃料消費量はあまり少な
くならなかった。

このような作業時には、定常速度が速いことが必要で、
負荷がややかかった場合（たとえば、整正作業で、岩な
どにあたった場合）は、速度が低下しても問題ないにも
かかわらず、従来は、そのような場合でも速度があまり
低下せず（可変ポンプの吸収トルクの設定値が大きいた
め）、その分燃料消費量も多かった。

従来の技術は、前述のようにエンジンの出力を、いかに
有効に油圧ポンプに吸収させ、アクチュエータに伝達し
て、作業量を向上させるかに主眼をおき、改善をしてき
たものであるため、上記のように、作業性を落とさず
に、省エネルギーを計るという観点での対応については
考察されていなかった。

本案は、以上の問題点を解決するために提案されたもの
で、作業内容に応じて、運転者が、可変ポンプの吸収ト
ルクの設定値を、選択可能として、軽負荷時には省エネ
ルギを計ることができ、なおかつ、軽負荷時のポンプ最
大吐出流量は減少せず、従前の定常速度を確保できる可
変ポンプ制御装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段及び作用 自己吐出圧のフィードバック圧力と、外部入力によるサ
ーボ圧力減圧手段とによってサーボコントロール圧力を
減圧制御し、可変容量型油圧ポンプの吸収トルクを複数
モードに切換え設定できるようにした可変容量型油圧ポ
ンプの吐出量制御装置でであって、 前記外部入力によるサーボ圧力減圧手段は、吸収トルク
複数モード制御部と、吸収トルク複数モード切換部を含
み、吸収トルク複数モード制御部は、外部入力信号に比
例した電磁力によりサーボ圧力を減圧制御するサーボ圧
コントロール部と、エンジン設定基準回転速度とエンジ
ン実回転速度の回転速度偏差に応じて吸収トルク制御信
号を発信するエンジン回転センシングモード及びエンジ
ン回転速度と無関係に複数の一定の吸収トルク制御信号
を発信する定トルクモードからなる外部入力信号発信部
で構成し、吸収トルク複数モード切換部は前記入力信号
発信部からの信号を、前記サーボ圧コントロール部へ選
択的に入力する切換スイッチ部で構成し、運転者が、切
替スイッチをエンジン回転センシングモード位置（位置
Ｉ）に選択したときは、前記回転速度偏差に応じた入力
信号を、サーボ圧コントロール部へ入力して、可変ポン
プは、エンジンスピードセンシングの制御により、エン
ジンの出力を１００％吸収可能とし、運転者が切替スイ
ッチを定トルクモード位置（位置II）に選択したとき
は、前記回転速度偏差とは無関係に、一定値の入力信号
をサーボ圧コントロール部へ入力して、このときの可変
ポンプの吸収トルク設定値を、前記エンジンスピードセ
ンシング制御の吸収トルクよりも小さくなるようにし
て、しかも、このときの吸収トルク設定値を複数設定す
る。

これによって、油圧機械が重掘削作業をするときは、選
択スイッチを位置Ｉに選択すれば、可変ポンプはエンジ
ン出力を１００％吸収可能であるため、大きな作業量を
得ることができる。また、整正作業などの軽作業時は、
選択スイッチ位置IIに選択すれば、可変ポンプの吸収ト
ルク設定値を小さくできるので、燃費低減による省エネ
ルギを計ることができ、かつ、可変ポンプの最大吐出容
量は変らない。そして、定常速度で作業しているとき
は、軽負荷なのでＰＣカーブに、かかることはないか
ら、アクチュエータの定常速度は低下することはなく作
業性は低下しない。

また、選択スイッチの位置IIも複数設定したので、運転
者は作業内容に応じて可変ポンプの吸収トルク設定値を
最適な値に設定することができる。

実施例 第１図は全体回路図であり、エンジンＥにより第１、第
２可変容量型油圧ポンプ（以下第１、第２可変ポンプと
いう）Ｐ_１，Ｐ_２及び制御用の小容量の固定容量型油圧
ポンプ（以下制御用ポンプという）Ｐ_３が駆動され、第
１可変ポンプＰ_１の吐出路１には第１、第２、第３操作
弁２_１，２_２，２_３が並列接続され、第２可変ポンプＰ
_２の吐出路３には第４、第５、第６操作弁２_４，２_５，
２_６が並列接続してあり、各操作弁２_１〜２_６はモー
タ、シリンダ等の第１〜第６アクチュエータ４_１〜４_６
に吐出圧油を供給する公知の三位置切換弁となってい
る。

前記第１、第２可変ポンプＰ_１，Ｐ_２の容量制御部材
（以下斜板という）５，６は、制御機構７，８で制御さ
れると共に、該制御機構７，８は制御用ポンプＰ_３の吐
出圧油で制御され、その吐出路１６には前記第１、第２
可変ポンプＰ_１，Ｐ_２の吐出路１，３のドレーン路９，
１０に設けたジェットセンサ１１，１１で作動するネガ
ティブコントロールバルブ（以下ＮＣ弁とする）１２、
カットオフバルブ（以下ＣＯ弁とする）１３、可変式ト
ルクコントロールバルブ１４が設けてある。なお、前記
ジェットセンサ１１は実開昭５７−３１５８５号公報に
記載のものである。

１７はエンジンＥの燃料噴射ポンプＥ_１のコントロール
レバ１８の位置を検出するポテンションメータ、１９は
エンジンＥの実回転速度を検出する回転センサであり、
それぞれの検出値（信号電圧）はコントローラ２０に送
られ、該コントローラ２０より前記可変式トルクコント
ロールバルブ１４に信号電流を発信する。

２１は切換モード切換スイッチ、２２は電源、２３は切
換スイッチであり、切換スイッチ２３は常時コントロー
ラ２０の出力回路２０′と可変式トルクコントロールバ
ルブ１４への回路１４′とを接続し、コントローラ２０
等が故障するとバッテリ２２に接続した抵抗２４を有す
る冗長回路２５と前記回路１４′とを接続する。

モード切換スイッチ２１は定常モード位置Ｉと中間モー
ド位置IIと低モード位置IIIとに手動操作で切換えら
れ、コントローラ２０に制御信号を出力する。

つまり、第２図に示すように、モード切換えスイッチ２
１を定常モード位置Ｉとすると、ポテンションメータ１
７より検出されたコントロールレバ１８の位置を検出
し、この検出値をコントローラ２０の記憶部２０ａに入
力し、記憶部２０ａより、そのコントロールレバ１８の
位置に対応する設定基準回転速度Ｎｓｅｔを読み出して
演算部２０ｂに入力すると共に、回転センサ１９で検出
した実回転速度Ｎを演算部２０ｂに入力し、実回転速度
Ｎが設定基準回転速度Ｎｓｅｔよりも低下した時に（Ｎ
ｓｅｔ−Ｎ）の値に応じて可変式トルクコントロールバ
ルブ１４の回路１４′に電流を供給する。

モード切換スイッチ２１を中間モード位置IIとするとコ
ントローラ２０の第１設定器２６に設定された電流が出
力回路２０′に供給され、低モード位置IIIとするとコ
ントローラ２０の第２設定器２７に設定された電流が出
力回路２０′に供給される。中間モード位置IIに設定す
ると、第１設定器２６は、あらかじめ設定された一定の
電流を出力回路２０′に供給するのみであるから、前記
コントロールレバ１８の位置や、実回転速度Ｎとは何ら
関係がなくなる。低モード位置IIIに設定したときも同
様である。

つまり、エンジンスピードセンシング制御をするのは、
定常モードＩのときのみである。

前記可変式トルクコントロールバルブ１４は第１、第２
可変ポンプＰ_１，Ｐ_２の吐出圧とコントローラ２０より
送られる制御信号によって制御用ポンプＰ_３の吐出圧を
可変とするものであり、その圧力の大きさによって制御
機構７，８が斜板５，６の角度を変更して第１１、第２
可変ポンプＰ_１，Ｐ_２の吐出容量、つまり１回転当りの
吐出量を増減して吸収トルクを変更する。

この様であるから、モード切換スイッチ２１を低モード
位置IIIに切換えるとエンジンのコントロールレバ１８
の位置や実回転速度に関係なく第２設定器２７に設定さ
れた電流に基づいて可変式トルクコントロールバルブ１
４の出力圧が制御されて吸収トルクが決定される。この
第２設定器２７に設定された電流は軽作業に適した吸収
トルクに見合う値となっている。

このときのエンジン出力トルクと、可変ポンプの吸収ト
ルクの関係を第８図により説明する。

第８図は横軸にエンジン回転速度（＝可変ポンプ回転速
度）、縦軸に、エンジン出力トルクと可変ポンプ吸収ト
ルクを表わしている。エンジン出力トルクは第８図で、
Ｔ_Ｅのような特性となり、エンジンのコントロールレバ
１８がフル位置のときは、エンジン出力トルク特性はＴ
_Ｅ〜Ｔ_E1となり、この冷では回転速度が２１００ｒｐｍ
の点が定格トルク点Ｔとなり、そのトルクはＴ_１とな
る。以下、コントロールレバ１８を絞っていくと、エン
ジン出力トルク特性はＴ_Ｅ〜Ｔ_E2，Ｔ_Ｅ〜Ｔ_E3…と変化
していく。Ｔ_Ｅをトルクライズ、Ｔ_E1，Ｔ_E2，…をレギ
ュレーションとよぶ。また、低モード位置IIIのとき、
負荷がかかってＰＣカーブに入ったときの可変ポンプの
吸収トルクは、略一定であり第８図ではＸで示される値
となり、エンジン回転速度に関係しないため、第８図で
は、横軸に平行な特性となる。こときの可変ポンプの吸
収するトルクは最大でも、つまり、ＰＣカーブに入った
ときでもＸであり、定格トルクＴ_１よりも小さいためエ
ンジンの燃料消費量を少なくできる。

モード切換スイッチ２１を中間モード位置IIに切換えれ
ば第１設定器２６で設定された電流に基づいて可変式ト
ルクコントロールバルブ１４の出力圧が制御されて吸収
トルクが決定されると共に、この第１設定器２６で設定
された電流は通常作業に適した吸収トルクに見合う値と
なっているから、この時の吸収トルクＴ_２は第８図にお
いてＺとなり、前記低モード位置IIIのときの吸収トル
クＴ_４（線図Ｘ）と、エンジン定格トルルクＴ_１との中
間の値となるから、重掘削作業や、軽作業以外の、通常
作業に適する。

また、モード切換スイッチ２１を定常モード位置Ｉに切
換えると、可変ポンプ吸収トルクは過渡的には第８図
で、Ｙ_１，Ｙ_２，…の範囲でエンジン出力トルクとマッ
チングする。つまり定常モード位置Ｉのときは、エンジ
ンスピードセンシング制御をしているため、可変ポンプ
吸収トルクは、エンジンの設定基準回転速度（コントロ
ールレバ１８がフル位置のときは２１００ｒｐｍ）に対
して、設定した回転数偏差域（たとえば、エンジンの設
定基準回転速度に対して２００ｒｐｍ低下の範囲）で、
エンジントルクとつりあうようになっている。このため
コントロールレバ１８がフル位置のときはＹ_１、コント
ロールレバを絞っていったときは、たとえば、Ｙ_２が過
渡的なマッチング範囲となる。

なお、実施例においては通常モード位置Ｉとした時には
エンジンの設定回転速度と実回転速度との回転数偏差に
よって出力電流を制御しているので、エンジンの実効ト
ルクに見合う吸収トルクが得られ、大気の密度が小さい
高地で稼動する場合や、粗悪の燃料を使用した場合等の
ように通常の場合のエンジン設定出力に見合うエンジン
出力が得られない場合にもエンジン実効トルクに対して
可変ポンプの吸収トルクが大きくなってエンジン回転速
度が低下し、最悪の場合にエンストしてしまうことがな
い。

この様に、モード切換スイッチ２１を切換えるだけで吸
収トルクを各作業条件に見合う値に制御できるから、種
々の作業を効率良く、しかもエンジンの燃料消費量を多
くせずに行なうことができる。

第３図は第１可変ポンプＰ_１側のみの各部材の詳細断面
図であり、この図の左側下方に示される前記制御装置７
はケース３０内の下段に設けたサーボピストン３１と中
段に設けた入力信号部Ａと上段に設けた案内弁部Ｂとを
備え、該サーボピストン３１はロッド３２により斜板５
に連結されていると共に、スプリング３３により常時図
示の最小斜板角位置（最小吐出容量位置）になるように
保持され、スプリング３３はカバー３５で押えてある。

前記入力信号部Ａは制御ピストン３６を備え、この制御
ピストン３６の一側に突起杆３７が設けられていて第１
室３８に位置し、他側にはスプリング３９が直線状に配
設されている。

前記案内弁部Ｂはスリーブ４１内に案内スプール４２を
挿入したものであり、前記ケース３０にはスリーブ４１
と制御ピストン３６とサーボピストン３１とに亘って開
口した切欠部４３が形成され、この切欠部４３に設けた
アーム４４の中央部が制御ピストン３６にピン４５で枢
着され、一端４４ａがサーボピストン３１の凹部３１ａ
に係合し、他端４４ｂがスリーブ４１の切欠４１ａより
案内スプール４２の凹部４２ａに係合している。

前記スリーブ４１には入口ポート５６と第１、第２出口
ポート５７，５８とが形成され、入口ポート５６はケー
ス３０の入口孔５９に開口し、第１、第２出口ポート５
７，５８はケース３０に形成した第１、第２通路６０，
６１でサーボピストン３１の第１、第２圧力室６２，６
３に連通していると共に、スリーブ４１の一端面にはば
ね座６４、フリーピストン６５を介してキャップ６６に
螺合した調整プラグ６７が当接し、他端面にはフリーピ
ピストン６８を介してキャップ６９に螺合した調整プラ
グ７０が当接している。７１，７２はロックナットであ
る。

前記案内スプール４２は入口ポート５６と第１、第２出
口ポート５７，５８を断通する環状溝７３が形成され、
スプリング７４で常時右方に押動されてサーボピストン
３１を最小斜板角位置となるように保持している。な
お、案内スプール４２には第１、第２出口ポート５７，
５８を入口ポート５６に断通する第１、第２環状溝７
５，７６、軸孔７７が形成してある。

第３図の右側上方に示される前記ＣＯ弁１３とＮＣ弁１
２と一体となっている。

つまり、バルブ本体１００にはピストン１０１を内設し
たスリーブ１０２とスプール１０３とが直線状に配設さ
れ、ピストン１０１の段部１０１ａとスリーブ１０２の
孔１０２ａとによって第１受圧室１０４を構成し、ピス
トン１０１の小径部１０１ｂの先端部は第２受圧室１０
５に臨ませてあり、第２受圧室１０５は通路１０６を経
てポート１０９にスプール１０３で断通制御され、第１
受圧室１０４はポート１０８で前記吐出路１に接続して
あると共に、スプール１０３はスプリング１１０で左方
に押動されてポート１０９と通路１０６とを断通し、カ
ットオフバルブ１３を構成している。

前記バルブ本体１００にはピストン１１１を内設したス
リーブ１１２とスプール１１３とが直線状に配設され、
ピストン１１１の段部１１１ａとスリーブ１１２の孔１
１２ａとによって第３受圧室１１４を形成し、ピストン
１１１の小径部１１１ｂは第２受圧室１１５に臨ませて
あり、第３受圧室１１４は通路１１６でポート１１７に
連通し、ポート１１７はスプール１１３で前記通路１０
６に断通されると共に、第４受圧室１１５はポート１１
８に開口し、スプール１１３はスプリング１１９で右方
に押動され、そのばね室１２０′はポート１２１′に開
口してネガティブコントロールバルブ１２を構成してい
る。

第３図の右側中央に示される前記ジェットセンサ１１
は、入口ポート８０と出口ポート８５との間に絞り８２
を設けて、第１ポート８３により全圧（静圧＋動圧）を
検出し、第２ポート８４で静圧を検出するようにしたも
のであり、第１ポート８３が前記ポート１１８を経て第
４受圧室１１５に連通し、第２ポート８４が前記ポート
１２１′を経てバネ室１２０′に連通し、ポート１１７
は前記第１室３８に連通している。

第３図の左側上方に示される前記可変式トルクコントロ
ールバルブ１４は、バルブ本体１２０内に入口ポート１
２１と出口ポート１２２とを断通するスプール１２３、
第１、第２、第３ピストン１２４，１２５，１２６を内
設したスリーブ１２７を直線的に配設し、スプール１２
３をスプリング１２８で入口ポート１２１と出口ポート
１２２とを連通する方向に付勢すると共に、第１ピスト
ン２４の受圧部１２４ａを出口ポート１２２に連通して
減圧弁を構成し、ピストン１２５の受圧部１２５ａをポ
ート１２９を経て前記吐出路１に接続して第２ピストン
１２５でスプール１２３をスプリング１２８に抗して左
方に押動すると共に、第３ピストン１２６の受圧部１２
６ａをポート９０を介して前記第２可変ポンプＰ_２の吐
出路３に接続し、前記スプリング１２８の受板９１と対
向してカバ９２に螺合した調整ボルト９３を設け、第３
ピストン１２６の端面１２６ｂと対向して比例電磁ソレ
ノイド９４の出力プランジャ９５を設けてあると共に、
入口ポート１２１は制御用ポンプＰ_３の吐出路１６に接
続し、出口ポート１２２は前記カットオフバルブ１３の
ポート１０９に接続してある。

次に作動を説明する。

第１〜第３操作弁２_１〜２_３が中立位置の時にはドレー
ン路９の流量が大となるから、ジェットセンサ１１の全
圧と静圧との差圧は最大となり、ネガティブコントロー
ルバルブ１２の第４受圧室１１５に供給される全圧とバ
ネ室１２０′に供給される静圧との差は最大となる。

また、ポート１１７の圧力は、第３受圧室１１４に供給
されて、ピストン１１１の段部１１１ａに作用して、ス
プール１１３は、 （スプリング１１９のバネ力）＝（ジェットセンサ差圧
×１１１ｂの受圧面積）＋ポート１１７の圧力×１１１
ａの受圧面積）となるように、つりあう。ここで、スプ
ールル１１３と、ピストン１１１ｂの受圧面積は等しく
なっている。また、（ジェットセンサ差圧）＝（ジェッ
トセンサ全圧；第４受圧室１１５の圧力−ジェットセン
サ静圧；バネ室１２０′の圧力）である。いま、ジェッ
トセンサ差圧が最大であるのでで、ポート１１７の圧力
つまりネガティブブコントロールバルブの出力圧は最小
となり、両者の和が一定のバネ力となる。このときスプ
ール１１３は通路１０６の圧油を一部は１１７に流し、
一部はタンクへバイパスさせることによって、通路１０
６の圧力を減圧して１１７に伝え、前記の式がなりたつ
ような位置でバランスする。

一方、この時吐出路１の圧力は、中立であるので最も低
いレベルであるから可変式トルクコントロールバルブ１
４の受圧部１２５ａの圧力は最小となって第２ピストン
１２５によるスプール１２３を押す力が最小となるの
で、スプール１２３はスプリング１２８で右方に押動さ
れて入口ポート１２１と出口ポート１２２とが連通され
て制御用ポンプＰ_３のリリーフ弁９６で設定された元圧
が出口ポート１２２より流出されてカットオフバルブ１
３のポート１０９に供給される。

カットオフバルブ１３の第１受圧部１０４に供給される
圧力も最小であるから、ピストン１０１の右方への押力
は最小となってスプール１０３はスプリング１１０で左
方に押され、ポート１０９と通路１０６とを連通して前
記制御用ポンプＰ_３の元圧が通路１０６よりネガティブ
コントロールバルブ１２に供給される。

しかし、前述の様にネガティブコントロールバルブ１２
は出力圧が最小となるようになっているから、前述の制
御用ポンプＰ_３の元圧は減圧されて最小の吐出圧となっ
てポート１１７より前記入力信号部Ａの第１室３８に制
御圧として供給される。

この制御圧は最小であるから、スプリング３９によって
制御スプール３６が右方に押動されて突起杆３７がプラ
グ７３に当接した図示位置となり、サーボピストン３１
を図示位置として斜板５を最小傾転角位置とし、第１可
変ポンプＰ_１の吐出容量を最小とする。

第１操作弁２_１を切換えて第１可変ポンプＰ_１の吐出圧
油の一部を第１アクチュエータ４_１に供給するドレーン
路９の流量が減少し、ジェットセンサ１１の検出差圧が
小さくなるので、ネガティブコントロールバルブ１２の
バネ室１２０′と第４受圧室１１５との圧力の差圧が小
さくなるため、スプリング１１９のバネ力により、スプ
ール１１３は右方に押動され、通路１０６の圧力は、ポ
ート１１７に、より伝えられることになるため、ポート
１１７の圧力は増大する。つまり、バネ室１２０′と第
４受圧室１１５との差圧が小さくなった分だけポート１
１７の圧力が増加して、ネガティブコントロールバルブ
は、再じバランス状態となる。

このために第１室３８内の圧力が増大し制御ピストン３
６は左方に押動され、アーム４４はサーボピストン３１
を支点として圧方に揺動して案内スプール４２左方に移
動し、入口ポート５６と第２出口ポート５８とが連通し
て制御用ポンプＰ_３の吐出圧油がサーボピストン３１の
第２圧力室６３に供給され、サーボピストン３１を左方
に移動して斜板５の傾転角を増大して第１可変ポンプＰ
_１の吐出容量を増大する。

これによってアーム４４が制御ピストン３６のピン４５
を中心として時計方向に揺動し、その他端４４ｂによっ
て案内スプール４２が右方に押動されて入口ポート５６
と第２出口ポート５８とが遮断されて、ジェットセンサ
１１の検出差圧の低下に応じただけ第１可変ポンプＰ_１
の吐出容量が増大する。

つまり、アーム４４によってサーボピストン３１の動き
が案内スプール４２にフィードバックされる。

この時、制御ピストン３６はスプリング３９のバネ特性
に応じて左方に移動するので、第１可変ポンプＰ_１の吐
出容量増加をそのバネ特性により任意に変更できる。

また、吐出路１の圧力が増大すると可変式トルクコント
ロールバルブ１４の受圧部１２５ａの圧力が上昇し、第
２ピストン１２５の押力が増大する。

第２ピストン１２５の押力（第４〜第５操作弁２４〜２
６を操作して、第２可変ポンプＰ_２側の吐出路３の圧力
が増大すれば、その圧力は第３ピストン１２６の受圧部
１２６ａに作用して左方への押力として加算される）
が、増大してスプリング１２８の取付荷重以上になる
と、スプール１２３をスプリング１２８に抗して左方に
押動する。するとポート１２１と、１２２の連通がスプ
ール１２３で絞られるようになり、ポート１２１の圧油
は、一部ドレン通路１３０にバイパスされる。これによ
ってポート１２２の圧力は、ポート１２１の圧力に対し
て減圧されることになり、ポート１２２の出力圧は、低
下する。

このために、カットオフバルブ１３及びネガティブコン
トロールバルブ１２を経て入力信号部Ａの第１室３８に
供給される制御圧力が低下し、制御ピストン３６は前述
と反対に右方に移動されて第１可変ポンプＰ_１の吐出容
量が減少する。

また、吐出路１の圧力が主リリーフ弁の設定圧力近くま
で上昇すると、カットオフバルブ１３の第１受圧室１０
４内の圧力が大となってピストン１０１によってスプー
ル１０３をスプリング１１０に抗して右方に押動してポ
ート１０９と通路１０６とを遮断し、減圧作用を開始す
るので、ポート１１７よりの出力圧は低下する。

そして、更に吐出路１の圧力が増大すると更に減圧動作
してポート１１７よりの出力圧を最小とし、入力信号部
Ａの第１室３８内の制御圧力が最小となって第１可変ポ
ンプＰ_１の吐出容量は最小となり、圧力のみが回路のリ
リーフ設定圧まで上昇して保持される。以上の動作を要
約すれば可変トルクコントロールバルブ１４は第１、第
２可変ポンプＰ_１，Ｐ_２の吐出圧が高くなると吐出容量
を減少し、低くなると増加するように出力圧を制御す
る。

ここで、以上述べた制御のうち、吸収トルク制御を第７
図を用いて説明すると以下になる。

前述の可変式トルクコントロールバルブのスプール１２
３が絞られて、減圧を開始して、ポンプ吐出容量が減少
を始めるポンプ吐出圧力は第７図ではＰ_C1となる。ポン
プ吐出圧力がさらに上昇すると、スプール１２３はさら
に絞られて、さらに減圧作用を行うため、ポート１２２
の出力圧は低下し、入力信号部Ａの第１室３８の圧力も
低下するため、制御スプール３６はスプリング３９によ
りもどされる。この結果、サーボピストン３１も最小傾
転角方向にもどされるため、ポンプ吐出量も減少する。
このときの減少特性は、スプリング３９で決定されるた
め第７図ではＴ_０となる。

以上の動作はコントローラ２０よりの制御電流が送られ
ていない状態とした場合であり、つぎにコントローラ２
０よりの制御電流が送られている場合について説明す
る。

まず、定常モード位置Ｉの場合について説明する。ポテ
ンショメータ１７の出力電圧は第４図に示すようにコン
トロールレバ１８がフル位置の時が最小で、スロー位置
に向うにつれて順次増大するからその出力電圧によって
記憶部２０ａに記憶されたエンジン設定基準回路速度を
検出できる。

そして、この設定基準回転速度Ｎｓｅｔはコントローラ
の演算部２０ｂに入力され、回転センサ１９で検出した
実回転速度Ｎと比較演算され、（Ｎｓｅｔ−Ｎ）の値に
応じて第５図に示すように出力回路２０′への出力電流
を制御する。

第４、第５図についてこれを説明すると以下になる。

第４図の横軸は、コントロールレバ１８の位置を、右縦
軸は、これに対応するポテンションメータ１７の出力電
圧を示す。たとえばコントロールレバがフル位置のとき
は、ポテンションメータは、２．５Ｖを出力し、スロー
位置のときは、３．３１Ｖを出力する。また、左縦軸
は、コントローラ２０の記憶部２０ａで設定されるエン
ジンの設定基準回転速度を示す。つまり、ポテンション
メータ出力が２．５Ｖのときは、エンジン設定基準回転
速度は２１００ｒｐｍであることを示し、３．３１Ｖの
ときは、７５０ｒｐｍであることを示す。これをコント
ロールレバ１８の位置とエンジン設定基準回転速度との
関係で示すと、コントロールレバがフル位置のときは、
エンジン設定基準回転速度は２１００ｒｐｍとなりスロ
ー位置のときは７５０ｒｐｍとなる。このように運転者
がコントロールレバ１８の位置を設定すると、エンジン
の設定基準回転速度が第４図の関係で決定される。

また、第５図はコントローラ２０の演算部２０ｂの制御
性を示す。横軸はエンジンの実回転速度を示し、縦軸
は、演算部２０ｂの出力電流値を示し、出力電流の特性
は、コントロールレバ１８がフル位置のときは、ｉ_１特
性、コントロールレバをスロー位置方向に絞っていく
と、ｉ_２特性、ｉ_３特性、…となる。

ｉ_１特性について、さらに説明すると、コントロールレ
バ１８がフル位置のときは、第４図に示すようにエンジ
ンの設定基準回転速度は、Ｎｓｅｔ＝２１００ｒｐｍで
あるから、エンジン実回転速度Ｎが２１００ｒｐｍ以上
のときは、２０ｂの出力電流は一定値、たとえばｉ ＝
０．３Ａとなるよう設定されている。次に負荷がかかっ
てエンジン実回転速度が２１００ｒｐｍ以下になると、
２０ｂの出力電流が増大し、エンジン実回転速度が１９
００ｒｐｍ、すなわち、Ｎｓｅｔ−Ｎ＝２００ｒｐｍの
とき、２０ｂの出力電流はｉ_１＝１．０が大きくなって
回転偏差Ｎｓｅｔ−Ｎが大きくなる程、２０ｂの出力電
流が大きくなるよう設定されている。また、ｉ_２特性の
ときのエンジンの設定基準回転速度をＮｓｅｔ＝２００
０ｒｐｍとすると、実回転速度Ｎが２０００ｒｐｍ以上
のときは、ｉ ＝０．３Ａであり、２０００ｒｐｍ以下
になると、Ｎｓｅｔ−Ｎ＝２００ｒｐｍでｉ_２＝１．０
Ａとなる特性つまりｉ_１と平行な特性で２０ｂの出力電
流が設定される。ｉ_３、…についても同様である。

さらにエンジン設定基準回転速度が１５００ｒｐｍ以下
のときには最大電流を出力するようになっている。これ
は、第８図に示すように本実施例では、Ｎ＝１５００ｒ
ｐｍが、エンジンの最大トルク点であり、これ以下の回
転ではエンジンのトルク特性が左下がりのため、この範
囲で使用すると、エンストしやすいので、可変ポンプの
吸収トルクをあらかじめ低減しておく必要があるためで
ある。

一方、可変式トルクコントロールバルブ１４の比例電磁
ソレノイド９４への供給電流値が増大すると、比例電磁
ソレノイドの特性は第１１図に示すように供給電流値が
増大すると、プランジャ９５の推力Ｆ_ｓが増加するた
め、スプール１２３をスプリング１２８に抗して左方に
押す力が大となり、推力Ｆ_２が増加した分、出力ポート
１２２の、出力圧は減少し、スプール１２３を左方に押
す力は元の値と略同一となり、スプリング１２８のバネ
力とつりあう。出力ポート１２２の圧力は入力信号部Ａ
の第１室３８に伝えられ、この圧力が減少するため、ス
プリング３９によって制御スプール３６はもどされてポ
ンプ吐出量は減少する。つまり供給電流が増大するとポ
ンプ吐出量は減少し、供給電流が減少するとポンプ吐出
量は増大する。ここで注意すべきは、負荷がかかり、エ
ンジン実回転速度が、たとえばＮｓｅｔ−Ｎ＝２００ｒ
ｐｍまで低下すると電流は最大値１．０Ａとなり、比例
電磁ソレノイドのプランジャ９５の推力は最大となるた
め、前述の作動により、ポンプ吐出容量は大きく減少す
る。つまり、ポンプ吐出容量の減少量は大きいが、その
結果、ポンプ吐出圧が上昇した分、ポンプ吐出容量が減
少して両者の積、すなわち可変ポンプの吸収トルクは略
一定となり、エンジン実回転速度は増加して、Ｎｓｅｔ
の近傍、つまりコントロールレバがフル位置のときは、
２１００ｒｐｍｍの近傍でエンジン出力トルクとマッチ
ングし、可変ポンプは、ほぼエンジンの定格トルク、つ
まり、Ｔ_１を吸収する。（第８図ではＹ、したがって供
給電流値は略０．３Ａに復帰する。）このときの可変ポ
ンプの吸収トルク特性は、第７図ではＴ_１となる。ま
た、すでに述べたように第８図のＹ_１，Ｙ_２，…はコン
トロールバルブがフル、または、絞っていったときの過
渡的な特性も含めたエンジン出力トルクと可変ポンプ吸
収トルクのマッチング範囲を示したものである。

なお、実施例においてはエンジン設定基準回転速度Ｎｓ
ｅｔが１５００ｒｐｍまでの時には前述と同様に制御
し、１５００ｒｐｍ以下の時にはエンストしないように
供給電流値を最大としてポンプ吐出容量を減少させてい
るが、１５００ｒｐｍ以下の範囲でも前述と同様に制御
しても良い。

また、モード切換スイッチ２１を中間モード位置IIとす
るとコントローラ２０より第１設定器２６で設定された
一定の電流値（たとえば０．５Ａ）が比例電磁ソレノイ
ド９４へ供給されるため比例電磁ソレノイドは第１１図
で示す一定の推力を可変式トルクコントロールバルブの
スプール１２３に付加するため、出力ポート１２２の圧
力は、電流値がＯＡのときに対して比例電磁ソレノイド
の推力の分だけは減少するので、同一ポンプ吐出圧力に
対するポンプ吐出容量も減少する。そして中間モードII
のときは、定常モードＩとちがって、エンジンスピード
センシング制御をしていないため、ポンプ吐出容量の減
少する特性は、スプリング３９で設定されるので、第７
図のＴ_２に示すような直線となる。

同様にモード切換スイッチ２１を低モード位置IIIとす
るとコントローラ２０より第２設定器２７で設定された
電流値が比例電磁ソレノイド９４に供給される。

低モード位置IIIの電流値は、中間モード位置の電流値
よりも大きい（たとえば０．７５Ａ）ので、同一ポンプ
吐出圧力に対するポンプ吐出容量は、中間モード位置II
のときよりも減少し、第７図では、Ｔ_４に示す直線とな
る。また、中間モードII、低モードIIIはエンジンの出
力を、外部条件によらず１００％吸収できるようにする
ことが目的ではないから、エンジンスピードセンシング
制御は不要であるため、上記のような特性となってい
る。

このように、中間モード位置II、低モード位置IIIに、
モード切換スイッチ２１を切換えることで、エンジンの
設定基準回転速度に関係なく、吸収トルクを任意に設定
できるから、アクチュエータ２の動作、つまり作業内容
に適したエンジンの燃料消費量の低減を図ることができ
る。

また、何らかの事情によってコントローラ２０が故障し
た場合には切換スイッチ２３のコイル２３ａに電流が流
れなくなるので切換スイッチ２３が切換って冗長回路２
５と回路１４′とが接続されるから、冗長回路２５に設
置された抵抗２４によって設定される一定の電流値（た
とえば０．６Ａ）が比例電磁ソレノイド９４に供給され
るから、このときもエンジンの設定基準回転速度に関係
なく、第７図のＴ_３の特性が得られ、この油圧機械のユ
ーザは、コントローラ２０が修理されるまでの間、油圧
機械が休車するとなく、稼動させることが可能となる。

この関係を第８図で示すと、中間モード位置IIのときの
吸収トルクはＺ、低モード位置のときの吸収トルクは
Ｘ、冗長回路２５に接続したときの吸収トルクはＳとな
る。

また、可変ポンプの吸収トルクと電流の関係は第６図の
ようになる。

発明の効果 モード切換スイッチ２１を切換えることで、エンジン設
定基準回転速度とは無関係に、最高吐出量が実質的に補
償されるような小さな吸収トルクへの変更が可能となる
ので、可変容量型油圧ポンプの吐出圧で作動する作業機
は、その作業内容によって作業の能率を高めつつエンジ
ンの燃料消費量を低下させることが可能である。

即ち、アクチュエータの定常速度を低下させることな
く、燃費を少なくする効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は全体線図的説明
図、第２図はコントローラの説明図、第３図は要部の詳
細説明断面図、第４図はコントロールレバとポテンショ
ンメータ出力電圧とエンジン設定基準回転速度との関係
を示す表図、第５図は、エンジンの実回転速度とコント
ローラの出力電流との関係を示す線図、第６図はコント
ローラの出力電流と、可変ポンプの吸収トルクとの関係
を示す線図、第７図はポンプ吐出圧力とポンプ吐出量と
の関係を示す線図、第８図は可変ポンプの吸収トルクと
エンジン出力トルクとの関係を示す線図、第９図は従来
例における可変ポンプ吸収トルクとエンジン出力トルク
との関係、第１０図は、従来例におけるポンプ吐出圧力
とポンプ吐出量の関係を示す線図、第１１図は比例電磁
ソレノイドの特性を示す線図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−3187（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−54982（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−88480（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−173533（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−32087（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】自己吐出圧のフィードバック圧力によりポ
   ンプ吸収トルクが略一定値となるようにしたサーボコン
   トロール制御手段にポンプ吐出圧力とは別に制御した外
   部入力の電磁力を付加してサーボコントロール圧力を減
   圧し外部からポンプ吸収トルクを変えられるようにした
   可変容量形油圧ポンプの吐出量制御装置であって、 前記外部からのポンプ吸収トルク変更は、吸収トルクモ
   ード切換手段、ソレノイド及び制御手段とで構成し、 吸収トルクモード切換手段は制御手段からの複数の吸収
   トルクモード信号の一つを選択してソレノイドに伝える
   切換スイッチからなり、 ソレノイドは、制御手段からの信号に応じたサーボコン
   トロール圧力の減圧制御をし、 制御手段は、エンジン設定基準回転速度とエンジン実回
   転速度の回転速度偏差に応じたポンプ吸収トルクとなる
   エンジン回転センシングモードの制御信号と、エンジン
   設定基準回転速度とは無関係に前記ポンプ吸収トルクよ
   りも小さな吸収トルクであって、最高吐出量が実質的に
   補償されるような吸収トルクにする少なくとも一つ以上
   の定トルクモードの制御信号とを発信するコントローラ
   からなる、 ことを特徴とする可変容量型油圧ポンプの吐出量制御装
   置。
2. 【請求項２】前記外部入力の電磁力は冗長回路に基づく
   ものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の可変容量型油圧ポンプの吐出量制御装置。